火电厂循环水系统优化运行研究

火电厂循环水系统优化运行研究乐俊,菅从光,张辉中国矿业大学,江苏徐州221008[摘要]对于循环水流量不可连续调节的循环水系统,通过对循环水管网水力工况分析以及凝汽器传热特性计算,利用离散优化模型对循环水系统进行了优化运行研究,得出机组不同负荷、不同循环水进水温度下最经济的循环水泵编组运行方式。将优化结果编制成循环水系统离散优化图,以供运行调节参照。[关键词]火电厂;单元制;循环水系统;离散优化;经济运行[中图分类号]TK264.1[文献标识码]A[文章编号]1002-3364(20081)06-0009-04循环水系统是火力发电厂一个独立的、对机组经1循环水系统的离散优化原理济性有较大影响的系统,循环水泵(循泵)所耗用的电能约占电厂总发电量的1%~1.5%。研究与改善循在汽轮机排汽流量和循环水进口水温一定的情况环水系统的运行方式,对循环水系统的优化运行、节约下,随着循环水流量D的增加,凝汽器真空升高,汽厂用电、促进节能降耗、提高电厂运行经济性具有重要轮机输出功率增加,同时循泵要多耗轴功率。当汽轮的意义。目前国内绝大多数电厂机组的循泵不能实现机增加的输出功率扣除循泵多耗功率后的净增功率为循环水流量的连续调节,仅可通过改变循泵编组(循泵最大时,相应的凝汽器真空即为最佳真空。此时,对应泵组)运行组合方式来使循环水流量的阶跃变化,传统的循环水流量称为最佳循环水流量Dw。图1为循的连续优化模型已不能采用。针对这种情况,对于环水流量与净增功率关系曲线循泵不能实现循环水流量连续调节的火电机组,循环水系统只能采用离散优化模型进行优化。本文利用离散优化模型对徐州电厂5号机组的循环水系统进行优化。通过对循泵泵组流量、耗功以及△Nas凝汽器总传热系数的计算,并利用计算机程序进行离散优化,拟定出泵组控制曲线。优化结果简洁直观,可在任意循环水温、任意负荷下确定最经济的循泵泵组运行方式。循坏水流/D图1循环水流量与净增功率关系曲线技术经济综述一热力发电:二OO收稿日期:2007-07-17作者简介:乐俊(1982-),男,江西东乡人,中国矿业大学机电学院动力系2005级硕士研究生,研读方向为流体机械maillejun1211@163.comH中国煤化工CNMHG从图1看出,理论上最佳真空对应的最佳循环水流量2.1循环水泵流量与功率是循环水流量连续变化过程中某一个特定值,但目前循环水系统特性可为在一定的系统设备构成及确国内绝大多数火电机组均釆用定速、流量不可连续调定的循环水系统运行状态下,进入凝汽器的循环水流节的循泵,仅能通过改变循泵泵组运行方式来使循环量和循泵耗功之间的关系:水流量阶跃变化。对此,图1和式(1)所示优化模型在er=f(D,P原理上仍具有意义,但现实中无法满足最佳循环水流式中:Px为循泵耗功,kW;D。为进入凝汽器的循环量的求解。水流量,kg/s对于循环水流量间断调整的系统,在给定的负荷定速、叶片不可调的循泵,其循环水流量是由循泵和循环水进口水温下,最佳循环水流量只是若干个离工作时的稳定工况点M所决定(图2)。散流量(与泵组运行方式对应的)中的一个,原则上可以通过枚举法找到对应的泵组投运方式,但现场实际循泉性能山线运行操作较困难。为了建立离散优化模型,净增功率△N为管路特性仙线△N=△Nr-△Np(1)式中:△Nr为汽轮机组由于真空度提高而增加的发电功率,kW;ΔNp为提高真空度而循泵增加消耗的轴功循环水流量D率,kW。图2循泵的稳定工况点离散优化的原理就是在确定最佳循环水量时,用通过阻力计算得到循环水管路特性方程,由循泵程序计算等效益点,从而可以在负荷-循环水温坐标平性能曲线得到扬程-流量的关系方程,联立方程求解,面上给出决定离散的最佳循环水流量与机组负荷、循得出不同循泵组运行方式下循泵耗功与循环水流量的环水温的临界工况线。等效益点是指相邻离散循环水关系(表1)。流量产生的净增功率△N保持相等的点(Nr,t1)。当负荷连续变动时,等效益点成为等效益线,由此划分出表1循泵不同运行方式下耗功与循环水流量的关系切换循环泵组流量的工况区间。等效益点与等效益线运行方式流量/kg·s-1耗功/kW两种运行方式耗轴功之差/kW的求解利用计算机程序实现。45346941092具体对循环水系统优化时需要用到的关系式:(1)双泵并联1786汽轮机增加的功率与凝汽器背压的关系△Nr=三泵并联91762772986f(Pk);(2)循泵耗功与循环水流量的关系P1=f(D);(3)凝汽器总传热系数与循环水流量的关系2.2凝汽流量DK=f(D);(4)凝汽器特性t=f(t,Dw,D),其中对于亚临界纯凝汽式再热机组,末级抽汽点压力D4为进入凝汽器的凝汽量;(5)排汽压力与凝汽器凝1与排汽量D成正比术结温度的关系P=f(x)。(3〕经Dko Pio2离散优化模型的计算式中:p1为末级抽汽点压力,kPa;D为设计排汽量,述t/h;p10为末级抽汽点设计压力,kPa徐州发电厂5号机组为N200-12.7/535/535型测得末级抽汽点压力p1,则可求得排汽量Dk热凝汽式汽轮机,最大功率220MW,设计排汽压力5.19第发kPa。循环水系统为闭式循环系统,机组配有3台型号2.3排汽温度t和排汽压力p为48SH-22定速、叶片不可调循泵并联运行,额定流根据凝汽器的传热特性,排汽温度t3为二量是11000m3/h,出口压力0.255MPa,转速485r/ts=T1+△t+otmin。循泵泵组运行方式有:单泵、双泵并联和3泵并式中:为循环水进口温度,C;△为循环水温升,℃八联运行6t为传热端差,℃。传热端差中国煤化工CNMHG(5)△N1、△N2,直到△N1=△N2,得到一个等效益点B(图e4187Dy-14)。在B点,采用单泵运行和双泵运行的收益是相等式中:K为凝汽器的总体传热系数,kJ/(m2·h·℃);的。计算结果整理见图4A为冷却水管外表面总面积,m2。凝汽器的换热传热机理相当复杂,本文凝汽器传泵并联运行仅热系数的计算采用美国传热学会的HEI的经验公双泵并联运行区式{,凝汽器总传热系数为:单系区K=C5B/Vw(6)凝汽器排汽压力p(kPa)与排汽温度t有关:0110L20130140150160170180190200210220汽轮机负荷M/MW+1001,46p=0.00981×(kPa)(7)图4循环水系统离散优化结果66根据图4循环水温和负荷确定最经济的循泵泵组2.4汽轮机排汽压力对机组微增出力的影响运行方式,例如,当负荷为175MW,循环水进口温度当汽轮机进汽参数、进汽流量保持不变,循系泵组20C的工况点A,它在双泵并联运行区内,此时投用2投运方式不同时,凝汽器通过不同的冷却水(循环水)台循环水泵并联运行是最经济的运行方式,相应的最流量,可影响汽轮机的排汽压力进而影响机组的出佳循环水量是7722kg/s。只要根据负荷和循环水进力。由汽轮机制造厂提供的排汽压力对汽轮机出力的口温度判断给出的状态点所落运行区内,即选择相应修正曲线(图3),可得出汽轮机排汽压力与汽轮机功的循环泵组的运行方式,这样循环水系统的运行方式就有据可依,避免了盲目调节,图4基本上可以作为电率变化率的函数方程为:厂循环水系统优化运行的参考工具,具有较好的实用Mr100=-7.1195×10p+0.0323价值0.5464p2+2.8760p-4.176(8)式中:N为机组负荷,MW;△N为相应排汽压力p,4效益分析下的机组功率的增量,MW。假定负荷为175MW,循环水进口温度为20℃,比较3种循环水量下的经济效益,从而验证优化结果的正确。由表1可知3种循泵泵组投运方式下的循环水流量及循泵耗功,由公式(3)~(8)计算出汽轮机功率变化率、发电功率增量,从而得到汽轮机实际功率为N=Nr-△Nr。循泵泵组效益分析计算结果见表3456789101112排汽压力/kPa表2效益分析计算技图3汽机排汽压力对汽轮机出力通用修正曲线循泵泵术循泵泵循泵泵组两种组运行组耗功3徐州电厂5号机组循环水系统优化方式化+今实际功式消耗之差增功率综计算差/kW单泵694-2.864169988109243003208双泵并联1786-0.40681742885号机组循泵3种固定的编组方式,分别对应于三泵并联27720.055174900612374述一热力发电不同的循环水流量。当负荷Nr不变,不断改变循环水入口水温t,利用式(2)~(8)分别计算在点(Nr,t)由表2可知,3泵并联运行比双泵并联运行虽然二时两种相邻的循泵泵组(分别用1、2表示)的发电功率能多发612kW的电功率,但将多消耗循泵功率9866z増量ΔNπ、ΔNr以及循泵耗功增量ΔNn、△NP;再利kW,显然此时用两泵并联运行比3泵运行经济,使电用式(1)计算出两种循泵泵组运行方式下的净增功率厂净增功率为374kW。同理,单泵运行与双泵运行相中国煤化工CNMHG比循泵耗功能节省1092kW,但是相对于发电功率来强的实用性。说,它将比采用双泵并联运行减少了4300kW,所以(3)对徐州电厂5号机组循环水系统优化效益分此时双泵并联运行比单泵运行将能带来总的电厂净增析表明,循环水系统优化运行效益较明显功率为3208kW。由上面的分析可以看出,对循环水流量不可连续[参考文献]调节的循环水系统正确优化运行效益是较显著的[1]郭丙然.最优化技术在热能动力工程中的应用[M].北京:水利电力出版社,19865结论[2]黄新元,赵丽,安越里,等.火电厂单元制循环水系统离散优化模型及其应用[].热能动力工程,2004,19(3):302(1)以等效益点迭代计算为主要特征的循环水系组循环水流量不可连续满节的3修,冯海30机组悟环水系统最优化运行方循环水系统普遍适用。[4]史剑戟.600MW机组循环水泵优化运行[].上海电力学(2)对徐州电厂5号机组的循环水系统进行优化院学报,1996,12(2):45-5计算,得到了循环水系统离散优化结果图,该图直观简[5]徐州发电厂.徐州发电厂5号机组运行规程[R.200洁,可以直接作为电厂循环水系统的操作依据,具有较STUDY ON OPERATION OPTIMIZATION OF CIRCULATING WATERSYTTEM IN THERMAL POWER PLANTSLE Jun, JIAN Cong-guang, ZHANG HuiChina university of mining industry, Xuzhou 221008, Jiangsu Province, PRCAbstract: For the circulating water system with flow rate of the circulating water can not be continuously adjusted, through analysis ohydraulic performance in the circulating water pipe network and calculation of heat transfer property in the condenser, a study on operation optimization of the said circulating water system has been carried out by using the discrete optimization model, obtaining themost economic operation mode of circulating water pumps in grouping under different loads of the unit and under different temperatures of the inlet circulating water. a discrete optimization diagram of the circulating water system has been worked out from the optmized results, providing with reference for adjustment in operation.Key words: thermal power plant; monobloc system; circulating water system; discrete optimization; economic operation(上接第8页)COMPARISON OF ECONOMIC EFFICIENCY FOR TWO METHODS IN木CONTROLLING CO, EMISSION FROM经CONVENTIONAL COAL- FIRED POWER PLANTS述QIU Li-xia, HAO Yan-zhongShanxi University, Taiyuan 030013, Shanxi Province, PRC热J Abstract: Two technologies for controlling CO, emission from conventional coal-fired power plants, i. e. selectively absorbing*R nology for separating CO, from flue gas by using absorbing resolvent, and oxygen-enriched combustion technology, have been pres37 E: ented. the factors leading to decrease of power plant efficiency in using the said two technologies being analysed, and formula for calas culating the net efficiency of power plant being deduced. Taking the 600 Mw coal-fired unit as example, the practical calculation habeen carried out. results show that the net efficiency of power plant after adopting above -mentioned two technologies to be 22. 55%27. 25% respectively, at the same time, the causes leading to energy loss and directions for improvement being pointed out.Key words: CO2 i emission controlling technology; coal-fired power plant; efficiency of power supply中国煤化工CNMHG